JP2002369398A - 充電方法および充電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数のセルで構成される二次電池の充電方法
において、セル間の充電状態のバラツキを抑えることが
できる充電方法の提供。 【解決手段】 複数のセルＣ１〜Ｃｎで構成される二次
電池を、充電の進行にしたがって充電電流Ｉが段階的に
減少する、いわゆる多段定電流充電により充電を行う充
電方法において、二次電池を構成する任意のセルのセル
電圧が充電目標電圧に達する度に、所定電圧値より低く
かつ最大電圧値を有するセル電圧と充電目標セル電圧と
の差に応じた電流値ΔＩｓだけ充電電流Ｉを低減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気自動車等に搭
載される駆動用二次電池を充電するための充電方法およ
び充電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、電気自動車の駆動用バッテリ
には、複数のセルを直列接続した二次電池が用いられて
いる。この二次電池を充電する際には、セル内部抵抗に
よる電圧低下の影響を小さくする目的で、充電電流を一
定電流値ずつ段階的に低減する多段定電流充電が充電後
期に実施されることが多い。多段定電流充電では、任意
のセルのセル電圧が充電目標電圧に達すると充電電流を
所定電流値だけ低減して充電を行い、その後、再びセル
電圧が充電目標電圧に達したならば、再度充電電流を所
定電流値だけ低減して充電を行う。このような充電を繰
り返し行い、最終的に充電電流が充電終了電流以下とな
ったときに充電を終了する。

【０００３】また、各セルの充電状態は均一であること
が好ましく、上述した多段定電流充電でも、各セル間の
電圧バラツキを低減する効果がある。しかし、より低減
効果を高めるために、全てのセルのセル電圧が基準とな
るセル（例えば、最低のセル電圧を示すセル）と同一電
圧になるように、容量調整回路により一定電流で放電さ
せるようにしている。実際には、各セルの充電電流の一
部をバイパスさせることにより、充電と放電とを同時に
行うようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の充電方法では、充電電流の低減値が一定であっ
たり、放電電流値が一定であるために充分なバラツキ抑
制を行うことができなかった。

【０００５】本発明の目的は、複数のセルで構成される
二次電池の充電方法および充電装置において、セル間の
充電状態のバラツキを抑えることができる充電方法およ
び充電装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】発明の実施の形態を示す
図１，図２および図６に対応付けて説明する。 （１）図１，図２および図６に対応付けて説明すると、
請求項１の発明は、複数のセルＣ１〜Ｃｎで構成される
二次電池１を、充電の進行にしたがって充電電流Ｉが段
階的に減少するように充電する充電方法に適用され、二
次電池１を構成する任意のセルのセル電圧が充電目標セ
ル電圧Ｖｆに達する度に、所定電圧値Ｖｈより低いセル
におけるセル電圧Ｖcmaxと充電目標セル電圧Ｖｆとの差
ΔＶに応じて前記充電電流Ｉを段階的に減少させるよう
にしたことにより上述の目的を達成する。 （２）図１に対応付けて説明すると、請求項２の発明
は、請求項１に記載の充電方法において、各セルＣ１〜
Ｃｎの充電電流から各セルＣ１〜Ｃｎの電圧に応じた値
の電流を低減させて、各セルＣ１〜Ｃｎの充電状態が均
一となるように調整するようにしたものである。 （３）図１，図２および図６に対応付けて説明すると、
請求項３の発明は、複数のセルＣ１〜Ｃｎで構成される
二次電池１を、充電の進行にしたがって充電電流Ｉが段
階的に減少するように充電する充電装置に適用され、セ
ルＣ１〜Ｃｎのセル電圧を各々検出するセル電圧検出装
置Ｂ１〜Ｂｎと、セル電圧検出装置Ｂ１〜Ｂｎにより検
出されたセル電圧のいずれかが充電目標セル電圧Ｖｆに
達したか否かを判定する判定装置４と、判定装置４によ
りセル電圧のいずれかが充電目標セル電圧に達したと判
定されると、所定電圧値Ｖｈより低いセルにおけるセル
電圧Ｖcmaxと充電目標セル電圧Ｖｆとの差ΔＶに応じて
充電電流Ｉを減少させる充電電流低減装置４とを備えて
上述の目的を達成する。 （４）図１に対応付けて説明すると、請求項４の発明
は、請求項３に記載の充電装置において、各セルＣ１〜
Ｃｎの充電電流から各セルＣ１〜Ｃｎの電圧に応じた値
の電流を低減させる容量調整装置Ａ１〜Ａｎを設けたも
のである。 （５）図１および図６に対応付けて説明すると、請求項
５の発明は、請求項４に記載の充電装置において、セル
電圧が所定電圧Ｖｈより低い場合には容量調整装置Ａ１
〜Ａｎにより低減させる電流を第１の低減電流値に設定
し、セル電圧が所定電圧Ｖｈ以上の場合には容量調整装
置Ａ１〜Ａｎにより低減させる電流を第１の低減電流値
より大きな第２の低減電流値に設定したものである。 （６）図１に対応付けて説明すると、請求項６の発明
は、請求項３に記載の充電装置において、各セルＣ１〜
Ｃｎの充電電流から所定の電流を各セルＣ１〜Ｃｎの電
圧に応じた時間だけ低減させる容量調整装置Ａ１〜Ａｎ
を設けたものである。 （７）図６に対応付けて説明すると、請求項７の発明
は、請求項６に記載の充電装置において、セル電圧が所
定電圧Ｖｈ以上の場合の低減時間を、セル電圧が所定電
圧Ｖｈより低い場合の低減時間より長くしたものであ
る。

【０００７】なお、上記課題を解決するための手段の項
では、本発明を分かり易くするために発明の実施の形態
の図を用いたが、これにより本発明が発明の実施の形態
に限定されるものではない。

【０００８】

【発明の効果】（１）請求項１および請求項３の発明に
よれば、所定電圧値より低いセルにおけるセル電圧と充
電目標セル電圧との差に応じて前記充電電流を減少させ
るようにしたので、各セル間の充電状態のバラツキを効
率よく低減させることができる。 （２）請求項２および請求項４〜７の発明によれば、上
述した請求項１および請求項３の発明の効果に加えて、
各セルの充電電流から各セルの電圧に応じた値の電流を
低減させるようにしたことにより、各セル間の充電状態
のバラツキをさらに低減させることができ、充電終了時
にはセル電圧がほぼ均等になる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図を参照して本発明の実施
の形態を説明する。図１は本発明による充電装置の一実
施の形態を示す図であり、充電装置の構成を示す図であ
る。二次電池１は、セルＣ１〜Ｃｎを直列接続したもの
である。各セルには、抵抗７とトランジスタ８とで構成
される容量調整回路Ａ１〜Ａｎ、および各セルＣ１〜Ｃ
ｎのセル電圧Ｖc1〜Ｖcnを検出する電圧検出回路Ｂ１〜
Ｂｎがそれぞれ設けられている。各容量調整回路Ａ１〜
Ａｎのトランジスタ８は、コントローラ４からの信号に
よりオン・オフされる。コントローラ４には、電圧検出
回路Ｂ１〜Ｂｎで検出された各セルＣ１〜Ｃｎのセル電
圧Ｖcy（y＝１，２，…，ｎ）が入力される。

【００１０】コントローラ４からの信号により容量調整
回路Ａ１のトランジスタ８をオンすると、セルＣ１の充
電電流の一部が容量調整回路Ａ１にバイパスされる。そ
の結果、セルＣ１に流れる充電電流が減少し、バイパス
されない場合に比べて単位時間当たりの充電量が低下す
る。他の容量調整回路Ａ２〜Ａｎについても同様であ
る。容量調整の詳細については後述する。

【００１１】二次電池１にはリレースイッチ５を介して
充電器６が接続されている。充電器６はＣＰＵ等を内蔵
しており、コントローラ４から二次電池１の状態に応じ
た制御情報を受けて、その制御情報に基づいて充電電流
の制御を行う。リレースイッチ５のオン・オフはコント
ローラ４により行われ、充電を行う際にはオンとされ、
充電が終了するとオフとされる。２は二次電池１の温度
を検出する温度センサである。充電電流は電流センサ９
により検出され、二次電池１の端子間電圧は総電圧検出
センサ３により検出される。

【００１２】図２は本実施の形態の充電装置による充電
パターンを示す図であり、充電前期では一定の電流値で
充電を行う定電流充電が行われ、充電後期では多段定電
流充電と呼ばれる方式で二次電池１の充電が行われる。
図２において、横軸は時間ｔを、縦軸は二次電池１の電
圧Ｖおよび充電電流Ｉを表している。図２では、充電中
に検出される二次電池１の電圧Ｖと充電電流Ｉの変化を
示している。充電開始後、充電電流がＩ_０に達したなら
ば定電流充電に移行する。

【００１３】定電流充電に移行した後に、二次電池１を
構成するセルのセル電圧が後述する充電目標電圧Ｖｆに
達したならば、多段定電流充電に移行する。多段定電流
充電に移行したならば充電電流ＩをΔIsだけ下げて、一
定の電流値Ｉ_０−ΔIsで充電を行う。なお、電流値の下
げ幅ΔIsの詳細については後述する。その後、セル電圧
Ｖが充電目標電圧Ｖｆに達する度に充電電流ＩをΔIsだ
け下げて同様の充電を行う。そして、ΔIsだけ下げたと
きの電流値が充電終了電流値Ｉendよりも小さくなった
ならば、多段定電流充電を停止して一連の充電作業を終
了する。

【００１４】次に、図３，図４のフローチャートを用い
て充電動作を説明する。これらのフローチャートは、コ
ントローラ４で実行される充電動作プログラムの処理手
順を示したものである。ステップＳ１０１では、二次電
池１を充電しても良いか否かを判定する。ここでは、温
度センサ２で検出される電池温度と、総電圧検出センサ
３により検出される二次電池１の開放電圧とから充電可
能か充電不可かが判定される。例えば、電池使用直後で
電池温度が所定範囲よりも高い場合には、充電不可と判
定される。充電可と判定されるとステップＳ１０２へ進
み、充電不可と判定されると充電を行わずにステップＳ
１１７に進む。

【００１５】ステップＳ１０２では、電圧検出回路Ｂ１
〜Ｂｎにより各セルＣ１〜Ｃｎのセル電圧Ｖcyをそれぞ
れ検出する。一般的に、セルの劣化の程度などによりセ
ルＣ１〜Ｃｎの各セル電圧Ｖcyにはバラツキがある。そ
のため、充電の際に各セルの容量調整が行われる。ステ
ップＳ１０３では、容量調整に関する設定を行う。一例
としては、後述する図６に示すように、セル電圧Ｖcyが
充電目標電圧Ｖｆを上限とする所定電圧範囲Ｈ内のとき
には容量調整回路Ａ１〜Ａｎのトランジスタ８をオンし
て容量調整を行い、セル電圧Ｖcyが所定電圧範囲Ｈより
低い場合にはトランジスタ８をオフして容量調整を行わ
ない。

【００１６】例えば、図５に示す例では、セルＣ１およ
びセルＣｎのセル電圧Ｖc1，Ｖcnが所定電圧範囲Ｈ内に
あり、それぞれ容量調整回路Ａ１，Ａｎのトランジスタ
８がオンされて電流ｉがバイパスされている。このとき
のバイパス電流ｉは抵抗７の抵抗値により決まる。

【００１７】その後、ステップＳ１０４でリレースイッ
チ５をオンさせた後に、ステップＳ１０５において充電
を開始する。充電開始後、二次電池１の電圧Ｖおよび充
電電流Ｉは図２に示すように上昇する。ステップＳ１０
６では二次電池１の充電電流Ｉが定電流充電を開始する
所定電流値Ｉ_０となったか否かを判定し、Ｉ＝Ｉ_０と判
定されるとステップＳ１０７に進んで定電流充電を開始
する。

【００１８】ステップＳ１０８では、各セルＣ１〜Ｃｎ
のセル電圧Ｖcyを検出する。ステップＳ１０９では、複
数のセルＣ１〜Ｃｎの内で最大のセル電圧を有するもの
が図２の充電目標電圧Ｖｆに達したか否かを判定する。
ステップＳ１０９においてＹＥＳと判定されるとステッ
プＳ１１０へ進み、ＮＯと判定されるとステップＳ１１
９へと進む。ステップＳ１１９では多段充電フラグがセ
ットされているか否かを判定し、ＹＥＳと判定されると
ステップＳ１１６へ進み、ＮＯと判定されるとステップ
Ｓ１０８へ戻る。ステップＳ１１０では、ステップＳ１
０８で検出された複数のセル電圧Ｖcyのなかに、充電目
標電圧Ｖｆを上限とする所定電圧範囲Ｈより低いセル電
圧があるか否かを判定する。ステップＳ１１０において
ＹＥＳと判定されるとステップＳ１１１へ進み、ＮＯと
判定されるとステップＳ１２０へ進む。

【００１９】図６はセル電圧分布を模式的に示したもの
であり、横軸はセル電圧を、縦軸はセル数をそれぞれ表
しており、各丸印はセルを表している。図６（ａ）は、
最大セル電圧を有するセルＣ１のセル電圧Ｖc1が充電目
標電圧Ｖｆになったときの分布を示したものである。図
６（ａ）に示す例では、セル電圧がセルＣ１、セルＣ２
の順に小さくなっている。所定電圧範囲ＨはＶｈ以上Ｖ
ｆ以下の範囲であり、セルＣ１のセル電圧Ｖc1（＝Ｖ
ｆ）は所定電圧範囲Ｈ内であるが、その他のセルのセル
電圧Ｖcy（ｙ＝３，４，…，ｎ）は所定電圧範囲Ｈより
低い。すなわち、図６（ａ）の状態である場合には、ス
テップＳ１１０においてＹＥＳと判定されてステップＳ
１１１へ進む。

【００２０】ステップＳ１１１では、セルＣ１のセル電
圧Ｖｆと、所定電圧範囲Ｈより低いセル電圧の内の最大
の電圧Ｖcmax（セルＣ２のセル電圧）との差ΔＶ（＝Ｖ
ｆ−Ｖcmax）を算出する。ステップＳ１１２では、ステ
ップＳ１１１で算出したΔＶと、コントローラ４におい
て算出されるセルの内部抵抗Ｒとから、式（１）により
充電電流低減値ΔＩｓを算出する。

【数１】ΔＩｓ＝ΔＶ／Ｒ …（１）

【００２１】ここで、内部抵抗Ｒの算出方法について説
明する。図７は二次電池１のＩ−Ｖ特性を示す図であ
る。Ｖ_０は二次電池１の開放電圧であるが、放電電流Ｉ
ｄ（＞０）が流れると内部抵抗Ｒの影響で端子電圧はＶ
ｄと低下する。逆に、充電電流Ｉｃ（＜０）が流れる
と、内部抵抗Ｒの影響で端子電圧はＶcyと上昇する。そ
して、この内部抵抗Ｒは、放電時に検出される電流値Ｉ
ｄおよび端子電圧Ｖｄと充電時に検出される電流値Ｉｃ
および端子電圧Ｖｃとから、式（２）により算出され
る。

【数２】 Ｒ＝（Ｖｃ−Ｖｄ）／（Ｉｄ−Ｉｃ） …（２）

【００２２】図４に戻って、ステップＳ１１３では、図
２に示すように充電電流値ＩをＩ_０からＩ_０−ΔＩｓへ
と減少させる。このときの電流値の下げ幅は、ステップ
Ｓ１１２で算出されたΔＩｓである。図７のＩ−Ｖ特性
からも分かるように、充電電流を減少させると各セルの
セル電圧Ｖcyはそれぞれ減少する。図６（ｂ）は、図６
（ａ）の状態から充電電流値をΔＩｓだけ減少させたと
きの分布を示したものであり、図６（ａ）の場合と比較
して分布が図示左側にずれている。次いで、ステップＳ
１１４では、多段充電フラグをセットする。すなわち、
充電電流値Ｉ_０をＩ_０−ΔＩｓへと減少させた時点か
ら、多段定電流充電に移行する。

【００２３】ステップＳ１１５では容量調整の再設定が
行われる。例えば、充電電流をＩ_０−ΔＩｓに減少させ
る前の状態が図６（ｃ）の状態の場合には、所定電圧範
囲Ｈ内にあるセルＣ１およびセルＣ２に関しては容量調
整回路Ａ１，Ａ２のトランジスタ８をオンして電流をバ
イパスさせる。一方、所定電圧範囲Ｈ内より低いセル電
圧のセル、すなわち、所定電圧範囲Ｈよりも図示左側に
あるセルに関しては、各容量調整回路Ａのトランジスタ
８をオフにして電流をバイパスさせないようにする。

【００２４】ステップＳ１１６では、充電電流値Ｉが充
電終了電流値Ｉend以下であるか否かを判定し、ＹＥＳ
と判定されるとステップＳ１１７へ進み、ＮＯと判定さ
れるとステップＳ１０８へ戻る。すなわち、充電電流Ｉ
が充電終了電流値Ｉend以下となるまでは、ステップＳ
１０８からステップＳ１１６までの処理が繰り返し実行
され、任意のセルのセル電圧が充電目標電圧Ｖｆに達す
る度に充電電流Ｉが下げ幅ΔＩｓだけ減少される。

【００２５】図６（ｃ）は、図６（ｂ）の状態から充電
電流Ｉ_０−ΔＩｓで充電を行い、セルＣ１のセル電圧が
Ｖｆに達したときの図である。このとき、セルＣ２のセ
ル電圧Ｖcyは所定電圧範囲Ｈ内にあり、所定電圧範囲Ｈ
よりセル電圧が小さく、かつ、最大のセル電圧を有する
ものはセルＣ３，Ｃ４である。この場合には、セルＣ
３，Ｃ４の電圧をＶcmaxとしてΔＶを算出し、このΔＶ
に基づいて充電電流の下げ幅ΔＩｓを算出する。そのた
め、図６の（ａ）の場合のΔＩｓと、（ｃ）の場合のΔ
Ｉｓとは異なっており、よりバラツキの大きい（ａ）の
方がΔＩｓが大きい。

【００２６】このような多段定電流充電を行うと、多段
定電流充電移行当初のセル電圧が図６（ａ）のように大
きくばらついていても次第にバラツキが小さくる。そし
て、図８に示すように各セルＣ１〜Ｃｎのセル電圧Ｖcy
の全てが所定電圧範囲Ｈ内に収まると、図４のステップ
１１０でＮＯと判定されてステップＳ１２０へと進む。
ステップＳ１２０では充電電流をΔＩｓ_０だけ減少し、
その後、ステップＳ１１４へ進む。すなわち、図８に示
すようにセル電圧のバラツキが小さくなった場合には、
従来の多段定電流充電と同様に充電電流の下げ幅を予め
定められた一定値ΔＩｓ_０とする。

【００２７】このような多段充電を行って、充電電流Ｉ
が充電終了電流値Ｉend以下となったならば、ステップ
Ｓ１１６からステップＳ１１７へ進んで多段充電フラグ
をリセットした後に充電を終了する。その後、ステップ
Ｓ１１８へ進んで図１のスイッチ５をオフにして一連の
充電作業を終了する。

【００２８】《容量調整方法の変形例》上述した実施の
形態では、充電電流を減少させた際のセル電圧Ｖcyが所
定電圧範囲Ｈ内であるか否かによって、容量調整回路Ａ
１〜Ａｎによる調整を行うか否かを決めるようにした。
容量調整方法としては、上述した方法に限らず様々な方
法があるが、以下では容量調整方法の変形例について説
明する。

【００２９】［変形例１］変形例１の容量調整方法で
は、セル電圧Ｖcyが所定電圧範囲Ｈ内であるセルに対し
ては、セル電圧が所定電圧範囲Ｈより低いセルよりもバ
イパスされる電流を多くする。例えば、図６（ａ）のよ
うな場合には、セルＣ１およびＣ２に関するバイパス電
流をそれぞれi1，i2としたときに、トランジスタ８のベ
ース電流を調整することによりバイパス電流i1をバイパ
ス電流i2の２倍に設定する。すなわち、充電電流の下げ
幅ΔＩｓとバイパス電流i1，i2とにより、セルＣ１およ
びＣ２の充電電流Ｉ１，Ｉ２は次式（３）のようにな
る。セルＣ２に限らず、図６（ａ）の所定電圧範囲Ｈよ
り低いセルについては、全て充電電流Ｉ２に設定する。
なお、図４のステップＳ１１０からステップＳ１２０へ
進んだ場合には、下げ幅ΔＩｓはΔＩｓ_０で置き換えら
れる。

【数３】 Ｉ１＝Ｉ_０−ΔＩｓ−２×i2 Ｉ２＝Ｉ_０−ΔＩｓ−i2 …（３）

【００３０】［変形例２］バイパス電流の大きさを、セ
ル電圧Ｖcyの大きさに応じて設定する。例えば、各セル
電圧Ｖcyの中で最も電圧値の小さなものをＶcminとした
ときに、セル電圧Ｖcyと電圧Ｖcminとの差（Ｖcy−Ｖcm
in）に比例するようにバイパス電流値を設定する。この
ときの比例定数をｋとすれば、各セルの充電電流Ｉは次
式（４）のようになる。

【数４】 Ｉ＝Ｉ_０−ΔＩｓ−ｋ×（Ｖcy−Ｖcmin） …（４）

【００３１】［変形例３］容量調整回路Ａ１〜Ａｎを流
れるバイパス電流のオン・オフは、スイッチング素子で
あるトランジスタ８のオン・オフ動作により制御され
る。変形例３では、このスイッチングオンデューティ比
をセル電圧Ｖcyに応じて設定することにより、各セルの
容量調整を行う。すなわち図３，４のステップＳ１０３
およびステップＳ１１５における容量調整の設定では、
このデューティ比の設定を行う。

【００３２】図９は、ステップＳ１０３およびステップ
Ｓ１１５におけるデューティ比の設定の詳細手順を示す
フローチャートである。ステップＳ２０１では、二次電
池１を構成する各セルＣ１〜Ｃｎのセル電圧Ｖcyを検出
する。ステップＳ２０２では、ステップＳ２０１で検出
されたセル電圧Ｖcyにおいて、充電目標電圧Ｖｆを上限
とする所定電圧範囲Ｈよりも低いセル電圧の内で最大の
セル電圧Ｖcmaxと最小のセル電圧Ｖcminとを求める。ス
テップＳ２０３では、図１０に示すセル電圧−充電容量
特性（Ｖ−Ａｈ特性）を用いて、最大セル電圧Ｖcminに
対応する充電容量CAPMIN（Ａｈ）、および最大セル電圧
Ｖcmaxに対応する充電容量CAPMAX（Ａｈ）を求める。

【００３３】図１０において、特性曲線Ｌ０はセルの初
期特性を表しており、特性曲線Ｌは電池劣化時の特性を
表している。初期特性Ｌ０は、コントローラ４（図１参
照）の記憶部（不図示）に予め記憶されている。充電容
量CAPMIN，CAPMAXを求める際には、まず、初期特性Ｌ０
を用いてセル電圧がＶcminおよびＶcmaxのときの充電容
量CMIN，CMAXを算出する。この算出された充電容量CMI
N，CMAXを次式（５），（６）のように容量劣化係数α
で補正することにより、充電容量CAPMIN，CAPMAXが得ら
れる。

【数５】 CAPMIN＝CMIN×α …（５） CAPMAX＝CMAX×α …（６）

【００３４】容量劣化係数αは、車両走行中にコントロ
ーラ４において算出される。具体的な算出方法は後述す
る。次いで、図９のステップＳ２０４では、CAPMAXとCA
PMINとの差の絶対値DCAPを算出する。ステップＳ２０５
では、各セル電圧Ｖcyに対する劣化補正後の充電容量CA
PCLy（ｙ＝１，２，…,ｎ）をそれぞれ算出する。ステ
ップＳ２０６では、容量調整時におけるスイッチングオ
ンデューティ比ONDUTYy（％）を次式（７）により算出
する。

【数６】 ONDUTYy＝｛（CAPCLy−CAPMIN）／DCAP｝×0.50×100 …（７）

【００３５】続くステップＳ２０７では、所定電圧範囲
Ｈ内のセルに対するスイッチングオンデューティ比ONDU
TYy（％）を、全て１００％に設定する。このようにし
てデューティ比設定に関する一連の処理が終了する。そ
して、充電の際には、このデューティ比設定に基づいて
充電電流のバイパス処理が行われる。

【００３６】上述した変形例３では、セル電圧Ｖcmin〜
Ｖcmaxのセルに対して０〜５０％のデューティ比を、所
定電圧範囲Ｈ内のセルに対して１００％のデューティ比
を割り付け、セル電圧の低いセルほどより大きな電流で
充電するようにしてセル電圧のバラツキ低減が効果的に
行われるようにした。なお、セル電圧Ｖcmin〜Ｖcmaxの
セルに対して一律で５０％のデューティ比を割り付ける
ようにしても良い。このように一律５０％のデューティ
比を割り付けた場合は、変形例１のように所定電圧範囲
Ｈ内のセルのバイパス電流を２×i2に、所定電圧範囲Ｈ
外のセルのバイパス電流をi2に設定する場合と同じ結果
となる。

【００３７】（容量劣化係数αの算出方法）ここでは、
上述した容量劣化係数αの算出方法について説明する。
算出方法としては特開２０００−２６１９０１号公報等
に開示されているような方法があるが、ここでは算出方
法の概略について説明する。図１１（ａ）は放電電気量
の異なる二次電池の放電ＩＶ特性を示した図である。直
線ｆ10は放電電気量Ah＝０のとき、すなわちＳＯＣ＝１
００％（満充電時）の場合を表しており、直線ｆ11，ｆ
12，ｆ13の場合の放電電気量Ahは順にAh1，Ah2，Ah3
（ただし、Ah1＜Ah2＜Ah3）である。すなわち、放電電
気量Ahが０→Ah1→Ah2→Ah3と大きくなるにつれてＩＶ
特性はｆ10→ｆ11→ｆ12→ｆ13と変化し、そのときの推
定開放電圧もE0→E1→E2→E3と変化する。

【００３８】図１１（ｂ）は放電電気量Ahと開放電圧Ｅ
との関係を示す図であり、リチウムイオン電池の初期電
池特性と劣化時特性について示したものである。ところ
で、容量劣化係数αは次式（８）のように二次電池の劣
化時電池容量Ｃdと初期電池容量Ｃ0との比で表すことが
できる。なお、電池容量は、SOC＝１００％のときの充
電容量のことである。

【数７】α＝Ｃd／Ｃ0 …（８）ここで、開放電圧が予
め定めた放電容量規定電圧Ｖｅになるまでの放電電気量
Ahを二次電池の電池容量Ｃとすると、電池容量Ｃ0，Ｃd
は直線Ｅ＝Veと初期特性曲線および劣化時特性曲線との
交点における放電電気量で表せる。

【００３９】図１１（ｂ）において黒丸は電池初期時の
データ（Ah，Ｅ）を、白丸は劣化時のデータ（Ah，Ｅ）
をそれぞれ示しており、ｆ20は初期時データから一次回
帰演算により得られる回帰直線で、ｆ21は劣化時データ
から得られる回帰直線である。なお、一次以上の回帰演
算を行えばより電池特性に近い回帰曲線が得られるが、
リチウムイオン電池の場合には、開放電圧Ｅが著しく減
少する放電末期（放電電気量Ahが大きい領域）を除いて
一次回帰演算により電池特性を精度良く求めることがで
きる。そのため、回帰直線ｆ20，ｆ21と直線Ｅ＝Veとの
交点における放電電気量Ah0、Ahdを電池容量Ｃ0，Ｃdと
して用いることができる。

【００４０】ところで、これらの回帰直線ｆ20，ｆ21は
次式（９）によって表される。Ｋは特性直線の傾き、Vf
は特性直線の電圧切片であり、回帰直線ｆ20の傾きはＫ
0、回帰直線ｆ21の傾きはＫdである。図１１（ｂ）の回
帰直線ｆ20，ｆ21から分かるように、Ah0／Ahd＝Ｋ0／
Ｋdを満たしている。すなわち、容量劣化係数αは次式
（１０）により求まる。

【数８】 Ｅ＝Vf−Ah・Ｋ …（９） α＝Ah0／Ahd＝Ｋ0／Ｋd …（１０）

【００４１】上述した実施の形態の充電装置は以下のよ
うな効果を奏する。多段定電流充電において、任意のセ
ルのセル電圧が充電目標電圧Ｖｆに達したときの充電電
流低減値ΔＩｓを、充電目標電圧Ｖｆと所定電圧範囲Ｈ
より低いセル電圧の内の最大の電圧Ｖcmaxとの差ΔＶ＝
Ｖｆ−Ｖcmaxに比例するように設定した。その結果、従
来のように充電電流を一定の低減値ΔＩs0で低減する場
合に比べて、セル電圧のバラツキを速やかに低減するこ
とができる。

【００４２】図１２はバラツキ低減効果を定性的に示し
たものである。図１２は、多段定電流充電の際のセルＣ
１およびセルＣ２のセル電圧および充電電流の変化を示
したものであり、破線矢印は充電電流低減値が一定な従
来の場合の変化を示し、実線矢印は本実施の形態の場合
の変化を示している。図１２に示す例では、充電電流低
減値ΔＩｓが従来の低減値ΔＩs0の２倍であった場合を
示している。

【００４３】従来の場合、定電流充電（電流値Ｉ_０）に
よりセルＣ１のセル電圧が充電目標電圧Ｖｆに達する
と、電流値がΔＩs0だけ低減され、セルＣ１，Ｃ２の状
態はＩＶ特性直線上を左方向に移動する。そして、電流
値Ｉ−ΔＩs0の充電によりセルＣ１のセル電圧が再び充
電目標電圧Ｖｆに達すると、電流値がΔＩs0だけ低減さ
れる。その後、電流値Ｉ−２×ΔＩs0で充電が行われ
る。なお、セル電圧ＶｃとSOC（または充電容量）との
間には図１３に示すような関係があり、同一のSOC変化
ΔＳに対して、SOCが大きい場合のセル電圧変化ΔＶ
ｃ’よりも小さい場合のセル電圧変化ΔＶｃの方が大き
い。そのため、図１２のセルＣ２のセル電圧はセルＣ１
よりも低いので、電流値Ｉ−ΔＩs0およびＩ−２×ΔＩ
s0での充電では、セルＣ２の電圧上昇の方がセルＣ１の
電圧上昇よりも大きくなる。

【００４４】一方、本実施の形態では、電流値Ｉ_０の充
電でセルＣ１のセル電圧が充電目標電圧Ｖｆに達する
と、充電電流値をΔＩｓ（＝２×ΔＩs0）だけ低減させ
る。そして、電流値Ｉ−２×ΔＩs0でセル１が充電目標
電圧Ｖｆに達するまで充電される。この場合、１段階で
２×ΔＩs0だけ充電電流が低減されるため充電時間がよ
り長くなり、セルＣ２のセル電圧上昇は従来の場合の２
段階のセル電圧上昇に比べて大きくなる。その結果、セ
ルＣ１が再び充電目標電圧Ｖｆとなった時の電圧バラツ
キΔは従来のバラツキΔ’より小さくなる。

【００４５】二つ目の効果としては、容量調整を目的と
して充電電流を容量調整回路Ａ１〜Ａｎにバイパスさせ
る際に、所定電圧範囲Ｈ内のセルよりも範囲外のセルの
方のバイパス電流値やバイパス時のスイッチングオンデ
ューティ比を小さくしたので、バイパス電流を一定とし
た場合に比べて容量調整によるバラツキ低減効果をより
向上させることができる。

【００４６】図１４は容量調整効果を説明する図であ
り、（ａ）はセル電圧に応じてバイパス電流を設定した
場合を、（ｂ）はセル電圧の大きさにかかわらずバイパ
ス電流が一定の場合を示す。図１４の（ａ），（ｂ）の
左側はそれぞれ充電開始前のセル電圧分布を示し、右側
は充電を途中で中断した時のセル電圧分布を示す。上述
した実施の形態では充電と容量調整とが同時に行われた
が、充電と容量調整とを別個に考えると、容量調整はバ
イパス電流による放電と考えることができる。すなわ
ち、容量調整では、各セル電圧が調整目標電圧となるよ
うに放電によってセル電圧を下げるという動作を行う。
図１４では容量調整によってセル電圧が図の左方向に移
動する。

【００４７】図１４（ｂ）のようにバイパス電流が一定
の場合には、だんだんと左側に分布が移動する。そのた
め、充電を途中で停止すると、セル電圧分布は調整目標
電圧の方に移動するが、バラツキ（分布の間隔）はそれ
ほど改善されない。一方、図１４（ａ）の場合には、セ
ル電圧の大きなセルの方がバイパス電流が大きいので、
セル電圧の大きい方が容量調整による左側への移動が大
きい。その結果、分布の間隔も狭まり全体的にバラツキ
が改善される。

【００４８】なお、上述した実施の形態では、充電と容
量調整に関する放電とを同時に行ったが、充電と放電と
を別個に行っても良い。また、ΔＶとして充電目標電圧
Ｖｆと所定電圧範囲Ｈより低いセル電圧のなかの最大の
電圧Ｖcmaxとの差を用いたが、充電目標電圧Ｖｆと所定
電圧範囲Ｈより低いセル電圧のいずれかとの差をΔＶと
しても良い。

【００４９】以上説明した実施の形態と特許請求の範囲
の要素との対応において、電圧検出回路Ｂ１〜Ｂｎはセ
ル電圧検出装置を、コントローラ４は判定装置および充
電電流低減装置を、バイパス電流i2は第１の低減電流
を、バイパス電流i1は第２の低減電流をそれぞれ構成す
る。

【００５０】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による充電装置の一実施の形態を示す図
であり、充電装置の構成を示すブロック図である。

【図２】本実施の形態の充電装置による充電パターンを
示す図である。

【図３】充電動作を説明するフローチャートである。

【図４】図３に続く処理手順を示すフローチャートであ
る。

【図５】図１の一部を示すブロック図である。

【図６】セル電圧分布の模式図であり、（ａ）〜（ｃ）
の順に充電動作が進む。

【図７】二次電池１のＩ−Ｖ特性を示す図である。

【図８】充電終期のセル電圧分布を示す図である。

【図９】デューティ比設定の詳細手順を示すフローチャ
ートである。

【図１０】セルのセル電圧−充電容量特性を示す図であ
る。

【図１１】容量劣化係数αを説明する図であり、（ａ）
は放電電気量の異なる放電ＩＶ特性を示す図、（ｂ）は
二次電池の放電電気量Ahと開放電圧Ｅとの関係を示す
図。

【図１２】バラツキ低減効果を定性的に示す図である。

【図１３】セルのセル電圧ＶｃとSOC（または充電容
量）との関係を示す図である。

【図１４】容量調整効果を説明する図であり、（ａ）は
セル電圧に応じてバイパス電流を設定した場合を、
（ｂ）はセル電圧の大きさにかかわらずバイパス電流が
一定の場合を示す。

【符号の説明】

１ 二次電池 ２ 温度センサ ３ 総電圧検出センサ ４ コントローラ ５ リレースイッチ ６ 充電器 ９ 電流センサ Ａ１〜Ａｎ 容量調整回路 Ｂ１〜Ｂｎ セル電圧検出回路 Ｃ１〜Ｃｎ セル Ｖｆ 充電目標電圧 α 容量劣化係数

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のセルで構成される二次電池を、充
   電の進行にしたがって充電電流が段階的に減少するよう
   に充電する充電方法において、 前記二次電池を構成する任意のセルのセル電圧が充電目
   標セル電圧に達する度に、所定電圧値より低いセルにお
   けるセル電圧と充電目標セル電圧との差に応じて前記充
   電電流を段階的に減少させるようにしたことを特徴とす
   る充電方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の充電方法において、 前記各セルの充電電流から前記各セルの電圧に応じた値
   の電流を低減させて、前記各セルの充電状態が均一とな
   るように調整することを特徴とする充電方法。
3. 【請求項３】 複数のセルで構成される二次電池を、充
   電の進行にしたがって充電電流が段階的に減少するよう
   に充電する充電装置において、 前記セルのセル電圧を各々検出するセル電圧検出装置
   と、 前記セル電圧検出装置により検出されたセル電圧のいず
   れかが充電目標セル電圧に達したか否かを判定する判定
   装置と、 前記判定装置によりセル電圧のいずれかが充電目標セル
   電圧に達したと判定されると、所定電圧値より低いセル
   におけるセル電圧と前記充電目標セル電圧との差に応じ
   て前記充電電流を減少させる充電電流低減装置とを備え
   ることを特徴とする充電装置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の充電装置において、 前記各セルの充電電流から前記各セルの電圧に応じた値
   の電流を低減させる容量調整装置を設けたことを特徴と
   する充電装置。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の充電装置において、 セル電圧が前記所定電圧より低い場合には前記容量調整
   装置により低減させる電流を第１の低減電流値に設定
   し、セル電圧が前記所定電圧以上の場合には前記容量調
   整装置により低減させる電流を前記第１の低減電流値よ
   り大きな第２の低減電流値に設定したことを特徴とする
   充電装置。
6. 【請求項６】 請求項３に記載の充電装置において、 前記各セルの充電電流から所定の電流を前記各セルの電
   圧に応じた時間だけ低減させる容量調整装置を設けたこ
   とを特徴とする充電装置。
7. 【請求項７】 請求項６に記載の充電装置において、 セル電圧が前記所定電圧以上の場合の低減時間を、セル
   電圧が前記所定電圧より低い場合の低減時間より長くし
   たことを特徴とする充電装置。